8002823888

M. Kozubal, M. Pawłowski, M. Pawłowski,..

Nowe stanowisko pomiarowe do charakteryzacji centrów defektowych metodą niestacjonarnej spektroskopii pojemnościowej

Michał Kozubal', Michał Pawłowski², Marek Pawłowski', Michał Brzozowski³

¹ Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133,01-919 Warszawa: e-mail: [e-mail]

² Wojskowa Akademia Techniczna, ul. gen. Sylwestra Kaliskiego 2.00-908 Warszawa

⁵ Wydział Fizyki, Politechnika Warszawska.

Koszykowa 75,00-662, Warszawa

Streszczenie: W oparciu o miernik pojemności zestawiono nowy układ do pomiarów metodą niestacjonarnej spektroskopii pojemnościowej (DLTS). Rejestracja relaksacyjnych przebiegów pojemności pozwoliła na zastosowanie zaawansowanych procedur numerycznych, które umożliwiają uzyskanie dwuwymiarowych powierzchni widmowych. Na podstawie tych pow ierzchni możliwe jest następnie określenie temperaturowych zależności szybkości emisji nośników ładunku związanych z głębokimi poziomami defektowymi. Zależności te umożliwiają określenie podstawowych parametrów elekttycznych wy-kiytych centrów defektowych w materiałach półprzewodnikowych z większa precyzją i rozdzielczością niż dotychczas za pomocą spektrometni DLS-81. Artykuł opisuje projekt, budowę oraz proces uruchomienia nowego stanowiska pomiarowego do charakteryzacji centrów defektowych metodą niestacjonarnej spektroskopii pojemnościowej wraz z przykładowymi wynikami pomiarów oraz analizy numeiycznej opartej na algorytmie korelacyjnym oraz algoiytmie odwrotnej transformaty Laplace'a na przykładzie głębokich centrów defektowych wykrytych w warstwie epitaksjalnej 4H-SiC.

Słowa kluczowe: DLTS, centra defektowe, SiC

New measurement system for characterization of defect centers by capacitance transient spectroscopy method

Abstract: A new capacitance transient spectroscopy measurement system has been set up based on a capacitance meter. The acquisition of capacitance transients has allowed the application of advanced numerical methods which make obtaining two-dimensional spectral surfaces possible. These surfaces enable the detennination of the temperaturę dependences of the emission rates of charge carriers related to deep defect levels. As a result, the electrical parameters of detected traps are likely to be specified with higher precision and resolution than when using the DLS-81 spectrometer. The present paper describes the design, construction and start up of the new measurement system for the characterization of defect centers by means of the deep level transient spectroscopy method with exemplary test results and a numerical analysis based on the correlation algorithm and the inverse Laplace transform algoritlun for deep defect centers detected in the 4H-SiC epitaxial layer.

Key words: DLTS. defect centers, SiC

1. Wprowadzenie

Kiedy w 1974 roku pracownik Laboratoriów Bell'a, David Vem Lang opublikował swoją przełomową pracę dotyczącą nowego sposobu analizy niestacjonarnych przebiegów pojemności, możliwości charakteryzacji materiałów' półprzewodnikowych znacznie się poszerzyły [1]. Wcześniejsza metoda badania właściwości aktywnych elektrycznie defektów punktowych poprzez analizę relaksacyjnych przebiegów pojemności posiadała bardzo małą rozdzielczość i pozwalała na rozdzielenie najwyżej trzech składowych sy gnału, które były związane z trzema rodzajami pułapek głębokich [2]. Wiązało się to jednak z bardzo uciążliwymi i długotrwałymi pomiarami powtarzanymi w różnych temperaturach. Nowa metoda Langa, nazwana przez niego Deep-Level Transient Spectroscopy (DLTS) pozwala w elegancki sposób przedstawić widmo pułapek obecnych w badanym materiale dla danego, tzw. okna szybkości emisji w funkcji temperatury próbki [1]. Postać widmowa oraz wybór okna szybkości emisji pozwalającego z kolei wyznaczyć szybkość emisji nośników ładunku z danej pułapki dawały szybszy i całościowy obraz struktury defektowej w danym materiale, jednocześnie upraszczając procedurę wyznaczania parametrów elekttycznych wykrytych pułapek. Metoda DLTS miała większą zdolność rozdzielczą i umożliwiła określanie parametrów' wielu rodzajów' pułapek. Ponadto metoda ta, dzięki zastosowaniu wzmacniaczy lock - in, wysokim częstotliwościom pomiarowym oraz dużym liczbom uśrednień mierzonego sygnału charakteryzowała się bardzo dużą odpornością na szumy. Nowa metoda Lang'a umożliwiła także określanie zupełnie nowego, jak na tamte czasy parametru - koncentracji wykrytych pułapek.

MATERIAŁY ELEKTRONICZNE (Electronic Materials), T. 41, Nr 3/2013